Di keadaan manakah elektrodinamika memainkan peran penting? Elektrodinamika, rumus
DEFINISI
Medan elektromagnetik dan interaksi elektromagnetik dipelajari oleh cabang ilmu fisika yang disebut elektrodinamika.
Elektrodinamika klasik mempelajari dan menjelaskan sifat-sifat medan elektromagnetik. Mengkaji hukum-hukum yang mengatur interaksi medan elektromagnetik dengan benda-benda yang bermuatan listrik.
Konsep dasar elektrodinamika
Dasar elektrodinamika medium stasioner adalah persamaan Maxwell. Elektrodinamika beroperasi dengan konsep dasar seperti medan elektromagnetik, muatan listrik, potensial elektromagnetik, vektor Poynting.
Medan elektromagnetik adalah jenis materi khusus yang muncul ketika satu benda bermuatan berinteraksi dengan benda lain. Seringkali, ketika mempertimbangkan medan elektromagnetik, komponen-komponennya dibedakan: medan listrik dan medan magnet. Medan listrik menghasilkan muatan listrik atau medan magnet bolak-balik. Medan magnet muncul ketika suatu muatan (benda bermuatan) bergerak dan dengan adanya medan listrik yang berubah terhadap waktu.
Potensi elektromagnetik adalah besaran fisis yang menentukan sebaran medan elektromagnetik dalam ruang.
Elektrodinamika dibagi menjadi: elektrostatika; magnetostatika; elektrodinamika kontinum; elektrodinamika relativistik.
Vektor Poynting (vektor Umov-Poynting) adalah besaran fisis yang merupakan vektor kerapatan fluks energi medan elektromagnetik. Besarnya vektor ini sama dengan energi yang ditransfer per satuan waktu melalui satuan luas permukaan yang tegak lurus terhadap arah rambat energi elektromagnetik.
Elektrodinamika menjadi dasar kajian dan pengembangan optik (sebagai cabang ilmu pengetahuan) dan fisika gelombang radio. Cabang ilmu ini merupakan landasan bagi teknik radio dan teknik elektro.
Elektrodinamika klasik, ketika menggambarkan sifat-sifat medan elektromagnetik dan prinsip-prinsip interaksinya, menggunakan sistem persamaan Maxwell (dalam bentuk integral atau diferensial), melengkapinya dengan sistem persamaan material, batas dan kondisi awal.
Persamaan struktural Maxwell
Sistem persamaan Maxwell dalam elektrodinamika mempunyai arti yang sama dengan hukum Newton dalam mekanika klasik. Persamaan Maxwell diperoleh sebagai hasil generalisasi dari berbagai data eksperimen. Persamaan struktural Maxwell dibedakan, menuliskannya dalam bentuk integral atau diferensial, dan persamaan material yang menghubungkan vektor dengan parameter yang mencirikan sifat listrik dan magnetik suatu materi.
Persamaan struktural Maxwell dalam bentuk integral (dalam sistem SI):
dimana adalah vektor kekuatan medan magnet; adalah vektor rapat arus listrik; - vektor perpindahan listrik. Persamaan (1) mencerminkan hukum penciptaan medan magnet. Medan magnet terjadi ketika suatu muatan bergerak (arus listrik) atau ketika medan listrik berubah. Persamaan ini merupakan generalisasi dari hukum Biot-Savart-Laplace. Persamaan (1) disebut teorema sirkulasi medan magnet.
dimana adalah vektor induksi medan magnet; - vektor kuat medan listrik; L adalah lingkaran tertutup yang melaluinya vektor kuat medan listrik bersirkulasi. Nama lain persamaan (2) adalah hukum induksi elektromagnetik. Ekspresi (2) berarti pusaran medan listrik yang dihasilkan oleh medan magnet bolak-balik.
dimana muatan listriknya; - kepadatan muatan. Persamaan (3) disebut teorema Ostrogradsky-Gauss. Muatan listrik merupakan sumber medan listrik, ada pula muatan listrik yang bebas.
Persamaan (4) menunjukkan bahwa medan magnet berbentuk pusaran. Muatan magnet tidak ada di alam.
Persamaan struktur Maxwell dalam bentuk diferensial (sistem SI):
dimana vektor kuat medan listrik; - vektor induksi magnet.
dimana adalah vektor kekuatan medan magnet; - vektor perpindahan dielektrik; - vektor kepadatan saat ini.
dimana adalah kerapatan distribusi muatan listrik.
Persamaan struktural Maxwell dalam bentuk diferensial menentukan medan elektromagnetik di setiap titik dalam ruang. Jika muatan dan arus didistribusikan secara kontinu dalam ruang, maka bentuk integral dan diferensial persamaan Maxwell adalah ekuivalen. Namun jika terdapat permukaan diskontinuitas, maka bentuk integral penulisan persamaan Maxwell lebih umum.
Untuk mencapai kesetaraan matematis dari bentuk integral dan diferensial persamaan Maxwell, notasi diferensial dilengkapi dengan kondisi batas.
Dari persamaan Maxwell dapat disimpulkan bahwa medan magnet bolak-balik menghasilkan medan listrik bolak-balik dan sebaliknya, yaitu medan-medan tersebut tidak dapat dipisahkan dan membentuk satu medan elektromagnetik. Sumber medan listrik dapat berupa muatan listrik atau medan magnet yang berubah terhadap waktu. Medan magnet tereksitasi dengan menggerakkan muatan listrik (arus) atau medan listrik bolak-balik. Persamaan Maxwell tidak simetris terhadap medan listrik dan magnet. Hal ini terjadi karena muatan listrik ada, sedangkan muatan magnet tidak.
Persamaan materi
Sistem persamaan struktural Maxwell dilengkapi dengan persamaan material yang mencerminkan hubungan vektor dengan parameter yang mencirikan sifat listrik dan magnet materi.
dimana adalah konstanta dielektrik relatif, adalah permeabilitas magnet relatif, adalah konduktivitas listrik spesifik, adalah konstanta listrik, adalah konstanta magnet. Media dalam hal ini dianggap isotropik, non-feromagnetik, non-feroelektrik.
Contoh pemecahan masalah
CONTOH 1
| Latihan | Turunkan bentuk diferensial persamaan kontinuitas dari sistem persamaan Maxwell. |
| Larutan | Sebagai dasar penyelesaian masalah, kami menggunakan persamaan: dimana adalah luas permukaan sembarang tempat kontur tertutup L. Dari (1.1) kita mendapatkan: Kalau begitu, pertimbangkan kontur yang sangat kecil
Karena permukaannya tertutup, ekspresi (1.2) dapat ditulis ulang menjadi:
Mari kita tulis persamaan Maxwell lainnya:
Mari kita bedakan persamaan (1.5) terhadap waktu, kita peroleh: Dengan memperhatikan ekspresi (1.4), persamaan (1.5) dapat direpresentasikan sebagai: Kita telah memperoleh persamaan kontinuitas (1.5) dalam bentuk integral. Untuk berpindah ke bentuk diferensial dari persamaan kontinuitas, mari kita beralih ke limit: Kami telah memperoleh persamaan kontinuitas dalam bentuk diferensial: |
DASAR-DASAR ELEKTRODINAMIKA. ELEKTROSTATIKA
DASAR-DASAR ELEKTRODINAMIKA
Elektrodinamika- ilmu tentang sifat-sifat medan elektromagnetik.
Medan elektromagnetik- ditentukan oleh pergerakan dan interaksi partikel bermuatan.
Manifestasi medan listrik/magnet- ini adalah aksi gaya listrik/magnet:
1) gaya gesek dan gaya elastis pada makrokosmos;
2) aksi gaya listrik/magnetik dalam mikrokosmos (struktur atom, penggabungan atom menjadi molekul,
transformasi partikel elementer)
Penemuan medan listrik/magnet- J.Maxwell.
ELEKTROSTATIKA
Cabang elektrodinamika mempelajari benda bermuatan listrik dalam keadaan diam.
Partikel dasar mungkin punya email bermuatan, maka disebut bermuatan;
- berinteraksi satu sama lain dengan gaya yang bergantung pada jarak antar partikel,
tetapi melebihi gaya gravitasi timbal balik berkali-kali lipat (interaksi ini disebut
elektromagnetik).
Surel mengenakan biaya- fisik nilai menentukan intensitas interaksi listrik/magnetik.
Ada 2 tanda muatan listrik: positif dan negatif.
Partikel yang muatannya sejenis akan tolak menolak, dan partikel yang muatannya berbeda tarik menarik.
Proton bermuatan positif, elektron bermuatan negatif, dan neutron netral secara listrik.
Biaya dasar- Biaya minimum yang tidak dapat dibagi.
Bagaimana kita menjelaskan keberadaan gaya elektromagnetik di alam?
- Semua benda mengandung partikel bermuatan.
Dalam keadaan tubuh normal, el. netral (karena atomnya netral), dan listrik/magnetik. kekuatan tidak terwujud.
Tubuh terisi, jika ia mempunyai kelebihan biaya dalam tanda apa pun:
bermuatan negatif - jika ada kelebihan elektron;
bermuatan positif - jika kekurangan elektron.
Elektrifikasi tubuh- ini adalah salah satu cara untuk mendapatkan benda bermuatan, misalnya melalui kontak).
Dalam hal ini, kedua benda bermuatan, dan muatannya berlawanan tanda, tetapi besarnya sama.
Hukum kekekalan muatan listrik.
Dalam sistem tertutup, jumlah aljabar muatan semua partikel tidak berubah.
(...tetapi bukan jumlah partikel bermuatan, karena terdapat transformasi partikel elementer).
Sistem tertutup
Suatu sistem partikel dimana partikel bermuatan tidak masuk dari luar dan tidak keluar.
hukum Coulomb
Hukum dasar elektrostatika.
Gaya interaksi antara dua titik benda bermuatan stasioner dalam ruang hampa berbanding lurus
hasil kali modul muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara keduanya.
Kapan badan dianggap sebagai badan titik? - jika jarak antara keduanya berkali-kali lipat lebih besar dari ukuran benda.
Jika dua benda bermuatan listrik, maka keduanya berinteraksi menurut hukum Coulomb.
Satuan muatan listrik
1 C adalah muatan yang melewati penampang suatu penghantar dalam waktu 1 sekon dengan arus 1 A.
1 C adalah muatan yang sangat besar.
Muatan unsur:
MEDAN LISTRIK
Ada muatan listrik disekitarnya, secara material.
Sifat utama medan listrik: aksi gaya pada muatan listrik yang dimasukkan ke dalamnya.
Medan elektrostatis- medan muatan listrik stasioner tidak berubah terhadap waktu.
Kekuatan medan listrik.- karakteristik kuantitatif el. bidang.
adalah rasio gaya yang bekerja pada muatan titik yang dimasukkan dengan besarnya muatan ini.
- tidak bergantung pada besarnya muatan yang dimasukkan, tetapi mencirikan medan listrik!
Arah vektor tegangan
bertepatan dengan arah vektor gaya yang bekerja pada muatan positif, dan berlawanan dengan arah gaya yang bekerja pada muatan negatif.
Kekuatan medan muatan titik:
dimana q0 adalah muatan yang menimbulkan medan listrik.
Pada titik mana pun di lapangan, intensitas selalu diarahkan sepanjang garis lurus yang menghubungkan titik ini dan q0.
KAPASITAS LISTRIK
Mencirikan kemampuan dua konduktor untuk mengakumulasi muatan listrik.
- tidak bergantung pada q dan U.
- tergantung pada dimensi geometris konduktor, bentuknya, posisi relatif, sifat listrik medium antar konduktor.
Satuan SI : (F - farad)
KAPASITOR
Perangkat listrik yang menyimpan muatan
(dua konduktor dipisahkan oleh lapisan dielektrik).
Dimana d jauh lebih kecil dari dimensi konduktor.
Penunjukan pada diagram kelistrikan:
Seluruh medan listrik terkonsentrasi di dalam kapasitor.
Muatan suatu kapasitor adalah nilai mutlak muatan pada salah satu pelat kapasitor.
Jenis kapasitor:
1. menurut jenis dielektrik: udara, mika, keramik, elektrolitik
2. menurut bentuk pelatnya: pipih, bulat.
3. berdasarkan kapasitas: konstan, variabel (dapat disesuaikan).
Kapasitansi listrik kapasitor datar
dimana S adalah luas pelat (plating) kapasitor
d - jarak antar pelat
eo - konstanta listrik
e - konstanta dielektrik dielektrik
Termasuk kapasitor dalam suatu rangkaian listrik
paralel
sekuensial
Maka total kapasitas listrik (C):
bila dihubungkan secara paralel
. 
bila dihubungkan secara seri
KONEKSI AC DC
Listrik- pergerakan teratur partikel bermuatan (elektron atau ion bebas).
Dalam hal ini, listrik ditransfer melalui penampang konduktor. muatan (selama pergerakan termal partikel bermuatan, total muatan listrik yang ditransfer = 0, karena muatan positif dan negatif dikompensasi).
Arah email saat ini- Secara konvensional diterima untuk mempertimbangkan arah pergerakan partikel bermuatan positif (dari + ke -).
Tindakan email arus (dalam konduktor):
efek termal dari arus- pemanasan konduktor (kecuali superkonduktor);
efek kimia dari arus - hanya muncul dalam elektrolit.Zat yang membentuk elektrolit dilepaskan pada elektroda;
efek magnetis dari arus(utama) - diamati di semua konduktor (defleksi jarum magnet di dekat konduktor berarus dan efek gaya arus pada konduktor tetangga melalui medan magnet).
HUKUM OHM UNTUK BAGIAN RANGKAIAN
dimana , R adalah resistansi bagian rangkaian. (konduktor itu sendiri juga dapat dianggap sebagai bagian dari rangkaian).
Setiap konduktor mempunyai karakteristik tegangan arus yang spesifik.
PERLAWANAN
Ciri-ciri kelistrikan dasar suatu konduktor.
- menurut hukum Ohm, nilai ini konstan untuk suatu konduktor tertentu.
1 Ohm adalah hambatan suatu penghantar yang mempunyai beda potensial pada ujung-ujungnya
pada 1 V dan kuat arus di dalamnya adalah 1 A.
Resistansi hanya bergantung pada sifat konduktor:
dimana S adalah luas penampang konduktor, l adalah panjang konduktor,
ro - resistivitas yang mencirikan sifat-sifat zat konduktor.
RANGKAIAN LISTRIK
Terdiri dari sumber, konsumen arus listrik, kabel, dan saklar.
SAMBUNGAN SERI KONDUKTOR
I - kekuatan arus di sirkuit
U - tegangan di ujung bagian rangkaian
SAMBUNGAN KONDUKTOR PARALEL
I - kekuatan arus di bagian rangkaian yang tidak bercabang
U - tegangan di ujung bagian rangkaian
R - resistansi total bagian rangkaian
Ingat bagaimana alat ukur dihubungkan:
Ammeter - dihubungkan secara seri dengan konduktor tempat arus diukur.
Voltmeter - dihubungkan secara paralel ke konduktor tempat tegangan diukur.
PENGOPERASIAN DC
Kerja saat ini- ini adalah kerja medan listrik untuk mentransfer muatan listrik sepanjang konduktor;
Usaha yang dilakukan oleh arus pada suatu bagian rangkaian sama dengan hasil kali arus, tegangan dan waktu selama usaha tersebut dilakukan.
Dengan menggunakan rumus hukum Ohm untuk suatu penampang rangkaian, Anda dapat menulis beberapa versi rumus untuk menghitung kerja arus:
Menurut hukum kekekalan energi:
Usaha sama dengan perubahan energi suatu bagian rangkaian, sehingga energi yang dilepaskan oleh penghantar sama dengan kerja arus.
Dalam sistem SI:
HUKUM JOULE-LENZ
Ketika arus melewati suatu konduktor, konduktor memanas dan terjadi pertukaran panas dengan lingkungan, yaitu. konduktor mengeluarkan panas ke benda-benda di sekitarnya.
Banyaknya kalor yang dilepaskan oleh suatu penghantar yang membawa arus ke lingkungan sama dengan hasil kali kuadrat kuat arus, hambatan penghantar, dan waktu arus melewati penghantar.
Menurut hukum kekekalan energi, jumlah kalor yang dilepaskan oleh suatu penghantar secara numerik sama dengan usaha yang dilakukan oleh arus yang mengalir melalui penghantar tersebut dalam waktu yang sama.
Dalam sistem SI:
[Q] = 1J
KEKUATAN DC
Perbandingan usaha yang dilakukan arus selama waktu t terhadap selang waktu tersebut.
Dalam sistem SI:
Fenomena superkonduktivitas
Penemuan superkonduktivitas suhu rendah:
1911 - Ilmuwan Belanda Kamerling - Onnes
diamati pada suhu sangat rendah (di bawah 25 K) di banyak logam dan paduan;
Pada suhu seperti itu, resistivitas zat-zat ini menjadi semakin kecil.
Pada tahun 1957, penjelasan teoritis tentang fenomena superkonduktivitas diberikan:
Cooper (AS), Bogolyubov (USSR)
1957 Eksperimen Collins: arus pada rangkaian tertutup tanpa sumber arus tidak berhenti selama 2,5 tahun.
Pada tahun 1986, superkonduktivitas suhu tinggi (pada 100 K) ditemukan (untuk logam-keramik).
Kesulitan mencapai superkonduktivitas:
- kebutuhan akan pendinginan zat yang kuat
Area aplikasi:
- memperoleh medan magnet yang kuat;
- elektromagnet kuat dengan belitan superkonduktor di akselerator dan generator.
Saat ini di sektor energi ada masalah besar
- kehilangan listrik yang besar selama transmisi dia melalui kawat.
Solusi yang Mungkin Masalah:
dengan superkonduktivitas, resistansi konduktor kira-kira 0
dan kehilangan energi berkurang drastis.
Zat dengan suhu superkonduktor tertinggi
Pada tahun 1988 di Amerika, pada suhu –148°C, diperoleh fenomena superkonduktivitas. Konduktornya adalah campuran talium, kalsium, barium dan tembaga oksida - Tl2Ca2Ba2Cu3Ox.
Semikonduktor -
Suatu zat yang resistivitasnya dapat bervariasi dalam rentang yang luas dan menurun dengan sangat cepat seiring dengan meningkatnya suhu, yang berarti konduktivitas listrik (1/R) meningkat.
- diamati pada silikon, germanium, selenium dan beberapa senyawa.
Mekanisme konduksi dalam semikonduktor
Kristal semikonduktor memiliki kisi kristal atom di mana elektron terluar terikat ke atom tetangga melalui ikatan kovalen.
Pada suhu rendah, semikonduktor murni tidak memiliki elektron bebas dan berperilaku seperti isolator.
ARUS LISTRIK DALAM VAKUM
Apa itu ruang hampa?
- ini adalah derajat penghalusan suatu gas di mana praktis tidak ada tumbukan molekul;
Arus listrik tidak dimungkinkan karena kemungkinan jumlah molekul terionisasi tidak dapat memberikan konduktivitas listrik;
- dimungkinkan untuk menghasilkan arus listrik dalam ruang hampa jika Anda menggunakan sumber partikel bermuatan;
- Aksi sumber partikel bermuatan dapat didasarkan pada fenomena emisi termionik.
Emisi termionik
- ini adalah emisi elektron oleh benda padat atau cair ketika dipanaskan hingga suhu yang sesuai dengan pancaran cahaya tampak dari logam panas.
Elektroda logam yang dipanaskan secara terus menerus memancarkan elektron, membentuk awan elektron di sekelilingnya.
Dalam keadaan setimbang, jumlah elektron yang meninggalkan elektroda sama dengan jumlah elektron yang kembali ke elektroda (karena elektroda menjadi bermuatan positif ketika elektron hilang).
Semakin tinggi suhu logam, semakin tinggi pula kepadatan awan elektronnya.
dioda vakum
Arus listrik dalam ruang hampa dimungkinkan dalam tabung vakum.
Tabung vakum adalah alat yang menggunakan fenomena emisi termionik.
Dioda vakum adalah tabung elektron dua elektroda (A - anoda dan K - katoda).
Tekanan yang sangat rendah tercipta di dalam wadah kaca
H - filamen ditempatkan di dalam katoda untuk memanaskannya. Permukaan katoda yang dipanaskan memancarkan elektron. Jika anoda dihubungkan ke + sumber arus, dan katoda dihubungkan ke -, maka rangkaian mengalir
arus termionik konstan. Dioda vakum memiliki konduktivitas satu arah.
Itu. Arus di anoda dimungkinkan jika potensial anoda lebih tinggi daripada potensial katoda. Dalam hal ini, elektron dari awan elektron tertarik ke anoda, menciptakan arus listrik dalam ruang hampa.
Karakteristik arus-tegangan dari dioda vakum.
Pada tegangan anoda rendah, tidak semua elektron yang dipancarkan katoda mencapai anoda, dan arus listriknya kecil. Pada tegangan tinggi, arus mencapai saturasi, yaitu. nilai maksimum.
Dioda vakum digunakan untuk menyearahkan arus bolak-balik.
Arus pada input penyearah dioda:
Arus keluaran penyearah:
Berkas elektron
Ini adalah aliran elektron yang terbang cepat dalam tabung vakum dan perangkat pelepasan gas.
Sifat berkas elektron:
Membelokkan medan listrik;
- membelokkan medan magnet di bawah pengaruh gaya Lorentz;
- ketika sinar yang mengenai suatu zat diperlambat, radiasi sinar-X muncul;
- menyebabkan pendaran (luminescence) pada beberapa padatan dan cairan (luminofor);
- Panaskan zat dengan cara dikontakkan.
Tabung sinar katoda (CRT)
Fenomena emisi termionik dan sifat berkas elektron digunakan.
CRT terdiri dari senjata elektron, deflektor horizontal dan vertikal
pelat dan layar elektroda.
Dalam senjata elektron, elektron yang dipancarkan oleh katoda yang dipanaskan melewati elektroda jaringan kontrol dan dipercepat oleh anoda. Pistol elektron memfokuskan berkas elektron ke suatu titik dan mengubah kecerahan cahaya di layar. Membelokkan pelat horizontal dan vertikal memungkinkan Anda memindahkan berkas elektron di layar ke titik mana pun di layar. Layar tabung dilapisi dengan fosfor yang mulai bersinar ketika dibombardir dengan elektron.
Ada dua jenis tabung:
1) dengan kontrol elektrostatis berkas elektron (defleksi berkas listrik hanya oleh medan listrik);
2) dengan kontrol elektromagnetik (kumparan defleksi magnetik ditambahkan).
Aplikasi utama CRT:
tabung gambar pada peralatan televisi;
tampilan komputer;
osiloskop elektronik dalam teknologi pengukuran.
ARUS LISTRIK DALAM GAS
Dalam kondisi normal, gas bersifat dielektrik, yaitu. itu terdiri dari atom dan molekul netral dan tidak mengandung pembawa arus listrik bebas.
Gas konduktor adalah gas terionisasi. Gas terionisasi memiliki konduktivitas elektron-ion.
Udara adalah dielektrik pada saluran listrik, kapasitor udara, dan sakelar kontak.
Udara merupakan penghantar pada saat terjadi petir, terjadi percikan listrik, maupun pada saat terjadinya busur las.
Ionisasi gas
Ini adalah pemecahan atom atau molekul netral menjadi ion dan elektron positif dengan menghilangkan elektron dari atom. Ionisasi terjadi ketika gas dipanaskan atau terkena radiasi (UV, sinar X, radioaktif) dan dijelaskan oleh peluruhan atom dan molekul selama tumbukan dengan kecepatan tinggi.
Pelepasan gas
Ini adalah arus listrik dalam gas terionisasi.
Pembawa muatan adalah ion positif dan elektron. Pelepasan gas diamati dalam tabung pelepasan gas (lampu) ketika terkena medan listrik atau magnet.
Rekombinasi partikel bermuatan
- gas berhenti menjadi konduktor jika ionisasi berhenti, hal ini terjadi akibat rekombinasi (penyatuan kembali partikel bermuatan berlawanan).
Ada pelepasan gas yang mandiri dan tidak mandiri.
Pelepasan gas yang tidak berkelanjutan
Jika kerja ionizer dihentikan, pelepasannya juga akan berhenti.
Ketika debit mencapai saturasi, grafik menjadi horizontal. Di sini, konduktivitas listrik gas hanya disebabkan oleh aksi ionizer.
Pelepasan gas mandiri
Dalam hal ini, pelepasan gas terus berlanjut bahkan setelah ionizer eksternal dihentikan karena ion dan elektron yang dihasilkan dari dampak ionisasi (= ionisasi sengatan listrik); terjadi ketika beda potensial antar elektroda meningkat (terjadi longsoran elektron).
Pelepasan gas yang tidak dapat dipertahankan dapat berubah menjadi pelepasan gas yang dapat dipertahankan jika Ua = Uignition.
Kerusakan listrik pada gas
Proses peralihan pelepasan gas yang tidak mandiri menjadi pelepasan gas mandiri.
Terjadi pelepasan gas secara mandiri 4 jenis:
1. membara - pada tekanan rendah (hingga beberapa mm Hg) - diamati pada tabung cahaya gas dan laser gas.
2. percikan - pada tekanan normal dan kuat medan listrik tinggi (petir - kuat arus hingga ratusan ribu ampere).
3. corona - pada tekanan normal dalam medan listrik yang tidak seragam (di ujung).
4. busur - kerapatan arus tinggi, tegangan rendah antar elektroda (suhu gas di saluran busur -5000-6000 derajat Celcius); diamati pada lampu sorot dan peralatan film proyeksi.
Pelepasan berikut diamati:
membara - di lampu neon;
percikan - dalam kilat;
corona - pada alat pengendap listrik, jika terjadi kebocoran energi;
busur - selama pengelasan, di lampu merkuri.
Plasma
Ini adalah keadaan agregasi keempat suatu zat dengan derajat ionisasi tinggi akibat tumbukan molekul dengan kecepatan tinggi pada suhu tinggi; ditemukan di alam: ionosfer - plasma terionisasi lemah, Matahari - plasma terionisasi penuh; plasma buatan - dalam lampu pelepasan gas.
Plasma dapat berupa:
Suhu rendah - pada suhu kurang dari 100.000K;
suhu tinggi - pada suhu di atas 100.000K.
Sifat dasar plasma:
Konduktivitas listrik yang tinggi
- interaksi yang kuat dengan medan listrik dan magnet eksternal.
Pada suhu tertentu 
Zat apa pun berada dalam keadaan plasma.
Menariknya, 99% materi di alam semesta adalah plasma
PERTANYAAN UJI UNTUK PENGUJIAN
Rencana:
- Perkenalan
- 1 Konsep dasar
- 2 Persamaan Dasar
- 3 Isi elektrodinamika
- 4 Bagian elektrodinamika
- 5 Nilai aplikasi
- 6 Sejarah
Perkenalan
Elektrodinamika- cabang fisika yang mempelajari medan elektromagnetik dalam kasus paling umum (yaitu, medan variabel bergantung waktu dipertimbangkan) dan interaksinya dengan benda yang bermuatan listrik (interaksi elektromagnetik). Pokok bahasan elektrodinamika meliputi hubungan antara fenomena listrik dan magnet, radiasi elektromagnetik (dalam berbagai kondisi, baik bebas maupun dalam berbagai kasus interaksi dengan materi), arus listrik (umumnya variabel) dan interaksinya dengan medan elektromagnetik (arus listrik). dapat dianggap jika ini seperti kumpulan partikel bermuatan yang bergerak). Setiap interaksi listrik dan magnet antara benda bermuatan dalam fisika modern dianggap terjadi melalui medan elektromagnetik, dan oleh karena itu, juga merupakan subjek elektrodinamika.
Paling sering di bawah istilah tersebut elektrodinamika secara default, elektrodinamika klasik (tidak mempengaruhi efek kuantum) dipahami; Untuk merujuk pada teori kuantum modern tentang medan elektromagnetik dan interaksinya dengan partikel bermuatan, istilah stabil elektrodinamika kuantum biasanya digunakan.
1. Konsep dasar
Konsep dasar yang digunakan dalam elektrodinamika meliputi:
- Medan elektromagnetik adalah subjek utama studi elektrodinamika, sejenis materi yang memanifestasikan dirinya ketika berinteraksi dengan benda bermuatan. Secara historis dibagi menjadi dua bidang:
- Medan listrik - diciptakan oleh benda bermuatan atau medan magnet bolak-balik, berdampak pada benda bermuatan apa pun.
- Medan magnet - diciptakan dengan menggerakkan benda bermuatan, benda bermuatan dengan putaran, dan medan listrik bolak-balik, mempengaruhi muatan bergerak dan benda bermuatan dengan putaran.
- Muatan listrik adalah properti benda yang memungkinkannya menciptakan medan elektromagnetik, serta berinteraksi dengan medan tersebut.
- Potensi elektromagnetik adalah besaran fisis 4 vektor yang sepenuhnya menentukan sebaran medan elektromagnetik dalam ruang. Menyorot:
- Potensi elektrostatis - komponen waktu dari 4 vektor
- Potensi vektor adalah vektor tiga dimensi yang dibentuk oleh sisa komponen 4 vektor.
- Vektor Poynting merupakan besaran fisis vektor yang mempunyai arti rapat fluks energi suatu medan elektromagnetik.
2. Persamaan dasar
Persamaan dasar yang menggambarkan perilaku medan elektromagnetik dan interaksinya dengan benda bermuatan adalah:
- Persamaan Maxwell, yang menentukan perilaku medan elektromagnetik bebas dalam ruang hampa dan medium, serta pembangkitan medan oleh sumber. Di antara persamaan tersebut adalah:
- Hukum induksi Faraday, yang menentukan pembangkitan medan listrik oleh medan magnet bolak-balik.
- Teorema sirkulasi medan magnet dengan penambahan arus perpindahan yang diperkenalkan oleh Maxwell menentukan pembangkitan medan magnet dengan memindahkan muatan dan medan listrik bolak-balik
- Teorema Gauss untuk medan listrik, yang menentukan timbulnya medan elektrostatis oleh muatan.
- Hukum penutupan garis-garis medan magnet.
- Ekspresi gaya Lorentz yang menentukan gaya yang bekerja pada muatan yang terletak di medan elektromagnetik.
- Hukum Joule-Lenz, yang menentukan jumlah panas yang hilang dalam media penghantar dengan konduktivitas terbatas, dengan adanya medan listrik di dalamnya.
Persamaan khusus yang sangat penting adalah:
- Hukum Coulomb, yang menggabungkan teorema Gauss untuk medan listrik dan gaya Lorentz, dan menentukan interaksi elektrostatik dua muatan titik.
- Hukum Ampere, yang menentukan gaya yang bekerja pada arus elementer yang ditempatkan dalam medan magnet.
- Teorema Poynting, yang mengungkapkan hukum kekekalan energi dalam elektrodinamika.
3. Isi elektrodinamika
Isi utama elektrodinamika klasik adalah deskripsi sifat-sifat medan elektromagnetik dan interaksinya dengan benda bermuatan (benda bermuatan “menghasilkan” medan elektromagnetik, merupakan “sumbernya”, dan medan elektromagnetik pada gilirannya bekerja pada benda bermuatan, menciptakan gaya elektromagnetik). Uraian ini, selain mendefinisikan benda-benda dan besaran dasar, seperti muatan listrik, medan listrik, medan magnet, potensial elektromagnetik, direduksi menjadi persamaan Maxwell dalam satu atau lain bentuk dan rumus gaya Lorentz, dan juga menyentuh beberapa masalah terkait ( berkaitan dengan fisika matematika, aplikasi, besaran bantu dan rumus bantu yang penting untuk aplikasi, seperti vektor rapat arus atau hukum empiris Ohm). Uraian ini juga mencakup masalah kekekalan dan perpindahan energi, momentum, momentum sudut oleh medan elektromagnetik, termasuk rumus massa jenis energi, vektor Poynting, dll.
Kadang-kadang, efek elektrodinamik (berlawanan dengan elektrostatika) dipahami sebagai perbedaan signifikan antara kasus umum perilaku medan elektromagnetik (misalnya, hubungan dinamis antara perubahan medan listrik dan magnet) dan kasus statis, yang menjadikan kasus khusus kasus statis lebih sederhana untuk dijelaskan, dipahami, dan dihitung.
4. Bagian elektrodinamika
- Elektrostatika menggambarkan sifat-sifat medan listrik statis (tidak berubah seiring waktu atau berubah cukup lambat sehingga “efek elektrodinamik” dalam pengertian yang dijelaskan di atas dapat diabaikan) medan listrik dan interaksinya dengan benda bermuatan listrik (muatan listrik).
- Magnetostatik mempelajari arus searah dan medan magnet konstan (medan tidak berubah seiring waktu atau berubah begitu lambat sehingga kecepatan perubahan ini dapat diabaikan dalam perhitungan), serta interaksinya.
- Elektrodinamika kontinum mengkaji perilaku medan elektromagnetik dalam media kontinu.
- Elektrodinamika relativistik mempertimbangkan medan elektromagnetik dalam media bergerak.
5. Nilai penerapan
Elektrodinamika mendasari optik fisik, fisika perambatan gelombang radio, dan juga mencakup hampir semua fisika, karena hampir semua cabang fisika harus berurusan dengan medan dan muatan listrik, dan seringkali dengan perubahan dan pergerakan cepat yang tidak sepele. Selain itu, elektrodinamika adalah teori fisika teladan (baik dalam versi klasik maupun kuantum), yang menggabungkan akurasi perhitungan dan prediksi yang sangat tinggi dengan pengaruh ide-ide teoretis yang lahir di bidangnya pada bidang fisika teoretis lainnya.
Elektrodinamika sangat penting dalam teknologi dan menjadi dasar: teknik radio, teknik elektro, berbagai cabang komunikasi dan radio.
6. Sejarah
Bukti pertama hubungan antara fenomena listrik dan magnet adalah penemuan eksperimental Oersted pada tahun 1819-1820 tentang pembangkitan medan magnet oleh arus listrik. Ia juga mengungkapkan gagasan tentang beberapa interaksi proses listrik dan magnet di ruang sekitar konduktor, namun dalam bentuk yang agak tidak jelas.
Pada tahun 1831, Michael Faraday secara eksperimental menemukan fenomena dan hukum induksi elektromagnetik, yang menjadi bukti jelas pertama tentang hubungan dinamis langsung medan listrik dan magnet. Ia juga mengembangkan (dalam kaitannya dengan medan listrik dan magnet) dasar-dasar konsep medan fisik dan beberapa konsep teoritis dasar yang memungkinkan untuk menggambarkan medan fisik, dan juga meramalkan adanya gelombang elektromagnetik pada tahun 1832.
Pada tahun 1864, J. C. Maxwell pertama kali menerbitkan sistem persamaan lengkap "elektrodinamika klasik" yang menggambarkan evolusi medan elektromagnetik dan interaksinya dengan muatan dan arus. Dia membuat asumsi yang didasarkan pada teori bahwa cahaya adalah gelombang elektromagnetik, yaitu. objek elektrodinamika.
Elektrodinamika… Buku referensi kamus ejaan
Teori klasik (non-kuantum) tentang perilaku medan elektromagnetik, yang melakukan interaksi antar listrik. muatan (interaksi elektromagnetik). hukum klasik makroskopis E. dirumuskan dalam persamaan Maxwell, yang memungkinkan ... Ensiklopedia fisik
- (dari kata listrik, dan tenaga dinamis Yunani). Bagian fisika yang berhubungan dengan aksi arus listrik. Kamus kata-kata asing yang termasuk dalam bahasa Rusia. Chudinov A.N., 1910. ELEKTRODINAMIKA dari kata listrik, dan bahasa Yunani. dinamisme, kekuatan... Kamus kata-kata asing dari bahasa Rusia
Ensiklopedia modern
Elektrodinamika- klasik, teori proses elektromagnetik non-kuantum di mana peran utama dimainkan oleh interaksi antara partikel bermuatan di berbagai media dan dalam ruang hampa. Pembentukan elektrodinamika didahului oleh karya C. Coulomb, J. Biot, F. Savart, ... ... Kamus Ensiklopedis Bergambar
Teori klasik proses elektromagnetik di berbagai media dan dalam ruang hampa. Mencakup serangkaian besar fenomena di mana peran utama dimainkan oleh interaksi antara partikel bermuatan yang dilakukan melalui medan elektromagnetik... Kamus Ensiklopedis Besar
ELEKTRODINAMIKA , dalam fisika , bidang yang mempelajari interaksi antara medan listrik dan magnet serta benda bermuatan. Disiplin ini dimulai pada abad ke-19. dengan karya teorinya James MAXWELL, dia kemudian menjadi bagian dari... ... Kamus ensiklopedis ilmiah dan teknis
ELEKTRODINAMIKA, elektrodinamika, dan lain-lain. tidak, perempuan (lihat listrik dan dinamika) (fisik). Jurusan Fisika yang mempelajari sifat-sifat arus listrik, listrik yang bergerak; semut. elektrostatika. Kamus penjelasan Ushakov. D.N. Ushakov. 1935 1940 ... Kamus Penjelasan Ushakov
ELEKTRODINAMIKA, dan, g. (spesialis.). Teori proses elektromagnetik di berbagai media dan dalam ruang hampa. Kamus penjelasan Ozhegov. S.I. Ozhegov, N.Yu. Shvedova. 1949 1992 … Kamus Penjelasan Ozhegov
Kata benda, jumlah sinonim: 2 dinamika (18) fisika (55) kamus sinonim ASIS. V.N. Trishin. 2013… Kamus sinonim
elektrodinamika- - [AS Goldberg. Kamus energi Inggris-Rusia. 2006] Topik teknik tenaga secara umum EN elektrodinamika ... Panduan Penerjemah Teknis
Buku
- Elektrodinamika, A.E. Ivanov. Buku teks ini bersifat mandiri: menyajikan ceramah yang diberikan selama beberapa tahun oleh seorang profesor di pusat pendidikan dan ilmiah khusus MSTU. N.E.Bauman...
- Elektrodinamika, Sergei Anatolyevich Ivanov. ...
Definisi 1
Elektrodinamika adalah bidang fisika yang sangat besar dan penting yang mempelajari sifat klasik non-kuantum dari medan elektromagnetik dan pergerakan muatan magnet bermuatan positif yang berinteraksi satu sama lain menggunakan medan ini.
Gambar 1. Secara singkat tentang elektrodinamika. Author24 - pertukaran karya siswa secara online
Elektrodinamika tampaknya merupakan serangkaian rumusan masalah yang berbeda dan solusi cerdasnya, metode perkiraan dan kasus-kasus khusus, yang digabungkan menjadi satu kesatuan melalui hukum dan persamaan awal yang umum. Yang terakhir, yang merupakan bagian utama elektrodinamika klasik, disajikan secara rinci dalam rumus Maxwell. Saat ini, para ilmuwan terus mempelajari prinsip-prinsip bidang ini dalam fisika, kerangka konstruksinya, dan hubungannya dengan bidang ilmiah lainnya.
Hukum Coulomb dalam elektrodinamika dilambangkan sebagai berikut: $F= \frac (kq1q2) (r2)$, di mana $k= \frac (9 \cdot 10 (H \cdot m)) (Kl)$. Persamaan kuat medan listrik ditulis sebagai berikut: $E= \frac (F)(q)$, dan fluks vektor induksi medan magnet $∆Ф=В∆S \cos (a)$.
Dalam elektrodinamika, muatan bebas dan sistem muatan yang berkontribusi pada aktivasi spektrum energi kontinu terutama dipelajari. Deskripsi klasik interaksi elektromagnetik didukung oleh fakta bahwa interaksi ini sudah efektif pada batas energi rendah, ketika potensi energi partikel dan foton kecil dibandingkan dengan energi diam elektron.
Dalam situasi seperti ini, seringkali tidak terjadi pemusnahan partikel bermuatan, karena yang terjadi hanyalah perubahan bertahap dalam keadaan gerak tidak stabilnya sebagai akibat dari pertukaran sejumlah besar foton berenergi rendah.
Catatan 1
Namun, bahkan pada partikel berenergi tinggi dalam medium, meskipun terdapat peran fluktuasi yang signifikan, elektrodinamika dapat berhasil digunakan untuk deskripsi komprehensif rata-rata statistik, karakteristik dan proses makroskopis.
Persamaan dasar elektrodinamika
Rumus utama yang menggambarkan perilaku medan elektromagnetik dan interaksi langsungnya dengan benda bermuatan adalah persamaan Maxwell, yang menentukan kemungkinan aksi medan elektromagnetik bebas dalam medium dan ruang hampa, serta pembangkitan umum medan berdasarkan sumber.
Di antara ketentuan-ketentuan dalam fisika ini dapat dibedakan:
- Teorema Gauss untuk medan listrik - dimaksudkan untuk menentukan pembangkitan medan elektrostatis oleh muatan positif;
- hipotesis garis medan tertutup - mempromosikan interaksi proses di dalam medan magnet itu sendiri;
- Hukum induksi Faraday - menetapkan pembangkitan medan listrik dan magnet berdasarkan sifat variabel lingkungan.
Secara umum, teorema Ampere-Maxwell adalah gagasan unik tentang sirkulasi garis-garis dalam medan magnet dengan penambahan arus perpindahan secara bertahap yang diperkenalkan oleh Maxwell sendiri, yang secara tepat menentukan transformasi medan magnet dengan memindahkan muatan dan aksi bolak-balik dari medan listrik.
Muatan dan gaya dalam elektrodinamika
Dalam elektrodinamika, interaksi gaya dan muatan medan elektromagnetik berasal dari definisi gabungan muatan listrik $q$, energi $E$, dan medan magnet $B$ berikut, yang ditetapkan sebagai hukum fisika dasar berdasarkan keseluruhan kumpulan data eksperimen. Rumus gaya Lorentz (dalam idealisasi muatan titik yang bergerak dengan kecepatan tertentu) ditulis dengan penggantian kecepatan $v$.
Konduktor sering kali mengandung muatan dalam jumlah besar, oleh karena itu, muatan ini mendapat kompensasi yang cukup baik: jumlah muatan positif dan negatif selalu sama satu sama lain. Akibatnya, gaya listrik total yang bekerja terus-menerus pada konduktor juga sama dengan nol. Gaya magnet yang bekerja pada masing-masing muatan dalam suatu penghantar pada akhirnya tidak terkompensasi, karena dengan adanya arus, kecepatan pergerakan muatan selalu berbeda. Persamaan kerja konduktor berarus dalam medan magnet dapat dituliskan sebagai berikut: $G = |v ⃗ |s \cos(a) $
Jika kita mempelajari bukan cairan, tetapi aliran penuh dan stabil dari partikel bermuatan sebagai arus, maka seluruh potensial energi yang mengalir secara linier melalui area sebesar $1s$ akan menjadi kuat arus yang sama dengan: $I = ρ| \vec (v) |s \cos(a) $, dengan $ρ$ adalah kerapatan muatan (per satuan volume dalam total aliran).
Catatan 2
Jika medan magnet dan listrik berubah secara sistematis dari titik ke titik pada lokasi tertentu, maka dalam ekspresi dan rumus aliran parsial, seperti dalam kasus zat cair, nilai rata-rata $E ⃗ $ dan $B ⃗$ pada situs harus dimasukkan.
Kedudukan khusus elektrodinamika dalam fisika
Posisi penting elektrodinamika dalam sains modern dapat ditegaskan melalui karya terkenal A. Einstein, yang menguraikan secara rinci prinsip dan landasan teori relativitas khusus. Karya ilmiah ilmuwan terkemuka ini berjudul “Tentang Elektrodinamika Benda Bergerak”, dan mencakup sejumlah besar persamaan dan definisi penting.
Sebagai bidang fisika tersendiri, elektrodinamika terdiri dari bagian-bagian berikut:
- doktrin bidang benda dan partikel fisik yang diam tetapi bermuatan listrik;
- doktrin sifat-sifat arus listrik;
- doktrin interaksi medan magnet dan induksi elektromagnetik;
- studi tentang gelombang elektromagnetik dan osilasi.
Semua bagian di atas disatukan oleh teorema D. Maxwell, yang tidak hanya menciptakan dan menyajikan teori medan elektromagnetik yang koheren, tetapi juga menjelaskan semua sifat-sifatnya, membuktikan keberadaannya yang sebenarnya. Karya ilmuwan khusus ini menunjukkan kepada dunia ilmiah bahwa medan listrik dan magnet yang dikenal pada saat itu hanyalah manifestasi dari satu medan elektromagnetik yang beroperasi dalam sistem referensi berbeda.
Sebagian besar fisika dikhususkan untuk mempelajari elektrodinamika dan fenomena elektromagnetik. Bidang ini sebagian besar mengklaim status ilmu tersendiri, karena tidak hanya mengeksplorasi semua pola interaksi elektromagnetik, tetapi juga menjelaskannya secara rinci melalui rumus matematika. Penelitian mendalam dan jangka panjang di bidang elektrodinamika telah membuka cara baru dalam penerapan fenomena elektromagnetik dalam praktik, demi kepentingan seluruh umat manusia.